能源工業(yè)等領(lǐng)域使用的成千上萬的化學(xué)過程依賴于高速催化反應(yīng)，但是分子經(jīng)常受到“交通堵塞”的阻礙減慢了速度。
近日，美國休斯頓大學(xué)研究人員發(fā)明了一種全新的多孔催化劑，它使用獨特的鰭片，通過允許分子跳過限制反應(yīng)的“擁堵”，從而加速化學(xué)反應(yīng)。
鰭狀沸石催化劑增加了分子進(jìn)入顆粒內(nèi)部的通道
沸石是一種孔隙小于1納米的鋁硅酸鹽，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，作為固體催化劑，用于生產(chǎn)汽油和有附加值的化學(xué)品及其他產(chǎn)品。在這些應(yīng)用中，沸石孔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)首先要求分子找到催化劑顆粒外表面的少量開口。這就使得分子必須“排隊”進(jìn)入粒子，擴(kuò)散到參與化學(xué)反應(yīng)的活性部位，然后離開粒子。
美國休斯頓大學(xué)研究人員開發(fā)了一種方法來誘發(fā)更大的催化劑粒子像納米粒子那樣，讓分子進(jìn)入引發(fā)反應(yīng)迅速并退出。研究人員在催化劑顆粒的表面生成了凸起或鰭片，粗糙的顆粒外表面的表面積顯著增加，使分子更容易進(jìn)入，并減少了傳統(tǒng)沸石材料經(jīng)常出現(xiàn)的運輸限制。
專家表示，該新合成方法利用了團(tuán)隊多年來所做的工作，專注于控制沸石結(jié)晶的方式，使鰭狀結(jié)構(gòu)的生長成為可能。這種新型材料不需要直接合成納米顆粒，為沸石催化劑的設(shè)計創(chuàng)造了一個新的范例。
相關(guān)論文8月10日刊登于《自然—材料》，論文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-020-0753-1
來源：中國科學(xué)報，作者：唐一塵
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